比例放大电路的设计

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1、比例放大电路的设计一．实验目的1．掌握集成运放线性应用电路的设计方法。2．掌握电路的安装、调试与电路性能指标的测试方法。二．预习要求1．根据给出的指标，设计电路并计算电路的有关参数。2．画出标有元件值的电路图，制定出实验方案，选择实验仪器设备。3．写出预习报告三.比例放大电路的特点、设计与调试（一）．反相比例放大电路1．反相比例放大电路的特点U由运算放大器组成的反相比例放大电Uo路如图1所示。根据集成运算放大器的基本原理，反相比例放大电路的闭环特性为：闭环电压增益：Auf??RfR1（1）图1反相比例放大器输入电阻Rif?R1（2）Ro?0（3）1?KAuo

2、R1其中：Auo为运放的开环电压增益，K?R1?Rf输出电阻Rof?环路带宽BWf?BWo?Auo?其中：BWo为运放的开环带宽。最佳反馈电阻Rf?R1（4）RfRid?Ro(1?Auf)Rid?Ro=（5）2K2上式中：Rid为运放的差模输入电阻，Ro为运放的输出电阻。平衡电阻RP?R1//Rf（6）从以上公式可以看出，由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性：（1）在深度负反馈的情况下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻R1和Rf的值决定。（2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源来说，其负载不是运放本身的输入电阻，而是电

3、路的闭环输入电阻R1。由于Rif=R1，因此反相比例放大电151路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于500kΩ）（3）在深度负反馈的情况下，运放的输出电阻很小。例如，要设计一个反相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压增益Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号UImin，最大输出电压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。设计步骤如下：（1）选择集成运算放大器选用集成运算放大器时，应先查阅有关产品手册，了解以下主要参数：运放的开环电压增益Auo，运放的开环带宽BWo，运放的输入失调电压UIO、输入失调电压温漂?UIO/?T

4、，输入失调电流IIo、输入失调电流温漂?IIO/?T，输入偏置电流IIB，运放的差模输入电阻Rid和输出电阻Ro等。为了减小比例放大电路的闭环电压增益误差，提高放大电路的工作稳定性，应尽量选用输入失调参数小，开环电压增益和差模输入电阻大，输出电阻小的集成运放。为了减小比例放大电路的动态误差，（主要是频率失真与相位失真），集成运算放大器的增益带宽积Au·BW和转换速率SR还应满足以下关系：Au·BW>∣Auf∣·BWfSR>2πfmaxUOmax上式中，fmax是输入信号的最高工作频率。UOmax是集成运算放大器的最大输出电压。（2）计算最佳反馈电

5、阻按以下公式计算最佳反馈电阻：Rf?Rid?Ro(1?Auf)Rid?Ro=2K2UOmax。IOmax为了保证放大电路工作时，不超过集成运算放大器所允许的最大输出电流IOmax，Rf值的选取还必须满足：Rf//RL?如果算出来的Rf太小，不满足上式时，应另外选择一个最大输出电流IOmax较大且能满足式（1）中要求的运算放大器。在放大倍数要求不高的情况下，可以选用比最佳反馈电阻值大的Rf。（3）计算输入电阻R1R1?RfAuf由上式计算出来的R1必须大于或等于设计要求规定的闭环输入电阻Rif。否则应改变Rf的值，或另选差模输入电阻高的集成运算放大器。（4）计

6、算平衡电阻RPRP=R1//Rf（5）计算输入失调温漂电压?UI??1????R1Rf?dUIOdI??T?R1IO?T?dTdT?152要求ΔUI<<UImin。一般应使UImin>100ΔUI，这样才能使温漂引起的误差小于1%。若ΔUI不满足要求，应另外选择漂移小的集成运算放大器。3．反相比例放大电路的调试与性能测试（1）消除自激振荡按照所设计的电路和计算的参数，选择元件，安装电路，弄清集成运放的电源端，调零端、输入与输出端。根据所用运放的型号和Auo的大小，考虑是否需要相位补偿。若需要相位补偿，应从使用手册中查出相应的补偿电路及其元件

7、参数。当完成相位补偿后，将放大电路的输入端接地，检查无误后，接通电源。用示波器观察其输出端是否有振荡波形。若有振荡波形，应适当地调整补偿电路的参数，直至完全消除自激振荡为止。在观察输出波形时，应把噪声波形和自激振荡波形区分开来。噪声波形是一个频率不定，幅值不定的波形，自激振荡波形是一个频率和幅度固定的周期波形。（2）调零把输入端接地，用直流电压表测量输出电压，检查输出电压UO是否等于零，若UO不等于零，应仔细调节运放的调零电位器，使输出电压为零。（3）在输入端加入UI=0.1V的直流信号,用直流电压表测量输出电压。将测量值与计算值进行比较，看是否满足设计要求

8、。（4）观察输出波形在输入端加入f=1000Hz，U